• Per incorporare il grafene nei compositi, il grafene deve essere disperso/esfogliato come singoli nanosheet uniformemente nella formulazione. Più alto è il grado di deagglomerazione, migliori sono le straordinarie proprietà del materiale.
• La dispersione ad ultrasuoni consente una superiore distribuzione delle particelle e stabilità di dispersione. – anche quando si formulano ad alte concentrazioni e viscosità.
• L'elaborazione ad ultrasuoni del grafene fornisce eccezionali qualità di dispersione ed eccelle di gran lunga i metodi di miscelazione convenzionali.

Dispersione ultrasonica del grafene

Per conferire ai compositi le eccezionali caratteristiche del materiale grafene, come la resistenza, il grafene deve essere disperso in una matrice o applicato come rivestimento a film sottile su un substrato. L'agglomerazione, la sedimentazione e la dispersione in una matrice (o distribuzione di particelle sul substrato, rispettivamente) sono fattori importanti che influenzano le proprietà del materiale risultante.
A causa della sua natura idrofobica, la preparazione di una dispersione grafene stabile e altamente concentrata senza tensioattivi o disperdenti è un compito impegnativo. Per superare le forze di van der Waals, forti forze di taglio generate da Cavitazione ad ultrasuoni sono il metodo più sofisticato per preparare dispersioni stabili.
Grafene ad alta conducibilità elettrica (712 S-m^-1), la buona dispersione e l'alta concentrazione possono essere facilmente preparati utilizzando un dispersore ad ultrasuoni, come ad esempio UIP2000hdT o UIP4000. La sonicazione permette di preparare una dispersione stabile di grafene a bassa temperatura di processo di circa 65°C.

Poiché i parametri di processo di sonicazione possono essere controllati con precisione, la tecnologia di dispersione ultrasonica evita danni alle strutture chimiche e cristalline del grafene. – con conseguenti scaglie di grafene incontaminate e prive di difetti.
I potenti sistemi ad ultrasuoni di Hielscher sono in grado di elaborare grafene e grafite in grandi volumi, ad esempio per l'esfoliazione in fase liquida e la dispersione di grafene. L'esatto controllo dei parametri di processo consente di scalare senza soluzione di continuità i processi ad ultrasuoni dal banco di lavoro alla produzione commerciale completa.
Il grafene esfoliato ad ultrasuoni a pochi strati con circa 3-4 strati e una dimensione di circa 1μm può essere (ri)disperso a concentrazioni di almeno 63 mg/mL.

Sistemi di dispersione a ultrasuoni

Hielscher Ultrasonics offre sistemi a ultrasuoni ad alta potenza per l'esfoliazione e la dispersione di grafene e grafite in grafene mono-, bi- e pochi strati. Processori a ultrasuoni affidabili e reattori sofisticati forniscono la potenza richiesta, le condizioni di processo e un controllo preciso, in modo che i risultati del processo a ultrasuoni possano essere adattati esattamente agli obiettivi di processo desiderati.
Uno dei parametri di processo più importanti è l'ampiezza ultrasonica (lo spostamento vibrazionale al clacson ad ultrasuoni). Hielscher's sistemi industriali ad ultrasuoni sono costruiti per fornire ampiezze molto elevate. Ampiezze fino a 200µm possono essere facilmente gestite ininterrottamente in funzionamento 24/7. Per ampiezze ancora maggiori, Hielscher offre sonde a ultrasuoni personalizzate. Tutti i nostri processori ad ultrasuoni possono essere esattamente adattati alle condizioni di processo richieste e facilmente monitorati tramite il software integrato. Questo garantisce la massima affidabilità, qualità costante e risultati riproducibili. La robustezza delle apparecchiature ad ultrasuoni Hielscher consente un funzionamento 24/7 in ambienti gravosi e impegnativi. Questo fa della sonicazione la tecnologia di produzione preferita per la preparazione su larga scala di nanosheet di grafene mono- e poco stratificati.
Offrendo una vasta gamma di prodotti di ultrasuoni e accessori (come sonotrodi e reattori di varie dimensioni e geometrie), è possibile scegliere le condizioni e i fattori di reazione più adatti (ad es. reagenti, energia ultrasonica immessa per volume, pressione, temperatura, portata ecc.) per ottenere la massima qualità. Poiché i nostri reattori ad ultrasuoni possono essere pressurizzati fino a diverse centinaia di barg, la sonicazione di paste altamente viscose fino a 250.000 centipoise non è un problema per i sistemi ad ultrasuoni di Hielscher.
Grazie a questi fattori, la delaminazione/esfoliazione ad ultrasuoni e la dispersione eccelle nelle tecniche di macinazione e fresatura convenzionali.